一起來(lái)認識電池封裝架構的挑戰

電池封裝可以在更好地確保電池安全、效率、性能和長(cháng)使用壽命方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。在下一代電動(dòng)汽車(chē) （EV） 電池組中，材料動(dòng)力學(xué)的進(jìn)步有助于滿(mǎn)足客戶(hù)和消費者對電池安全、性能、生命周期、成本和環(huán)境影響的需求。

電池生產(chǎn)技術(shù)必須符合對消費者最重要的因素以及監管要求：安全性、性能、擁有和維護成本（與 ICE 持平）以及長(cháng)達 15 年的預期生命周期——所有這些都是需要考慮的因素。

可持續性也受到審查，必須仔細解決環(huán)境影響。當考慮與下一代電池相關(guān)的這些問(wèn)題時(shí)，電池封裝上升到設計的前沿。下一代電動(dòng)汽車(chē)電池需要考慮的關(guān)鍵因素包括對電池封裝進(jìn)步的需求不斷增長(cháng)，以跟上不斷發(fā)展的電池技術(shù)。

先進(jìn)電池封裝的優(yōu)勢

包裝不僅可以確保有效利用可用能源，還可以減少電池系統對環(huán)境的影響。這是通過(guò)增加使用輕質(zhì)材料、智能包裝技術(shù)、模塊化設計、環(huán)保材料、創(chuàng )新的熱管理解決方案、無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的集成以及用于機械保護的先進(jìn)包裝解決方案來(lái)實(shí)現的。例如：

• 增加使用輕質(zhì)材料，例如復合材料或高級塑料，可以減輕重量并提高燃油經(jīng)濟性。使用傳感器和微控制器等智能包裝技術(shù)有助于監控電池、優(yōu)化性能并延長(cháng)電池壽命。電池組和電芯的模塊化設計使電池系統更易于定制，環(huán)保的包裝材料和回收工藝減少了電池系統對環(huán)境的影響。

• 用于電池系統熱管理的創(chuàng )新封裝解決方案，例如新的冷卻材料和散熱技術(shù)，可提高性能和電池壽命。將無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)集成到包裝中，使用戶(hù)無(wú)需插電即可為電池充電。

開(kāi)發(fā)新的電池封裝架構會(huì )帶來(lái)一些挑戰，包括需要大量測試和驗證的安全問(wèn)題，這將在短期內提高研發(fā)成本。此外，對專(zhuān)用制造設備的需求、與復雜的現有動(dòng)力總成系統的集成以及新材料的供應鏈限制，都需要提前規劃。同樣具有挑戰性的是遵守與安全、性能和環(huán)境影響相關(guān)的嚴格法規和標準。

任何適合大規模生產(chǎn)的解決方案都需要考慮可持續性，包括可回收或可生物降解的包裝材料以及危險材料的安全處置。需要制造商、供應商、研究人員和監管機構共同努力才能取得成功。

電池管理系統注意事項

在電池管理系統 （BMS） 方面，其最重要的作用之一是包含減輕電磁干擾 （EMI） 的組件和系統。隨著(zhù)越來(lái)越多的電子元件（如電源模塊和傳感器）被添加到高壓電池中，它增加了 EMI 的可能性，從而導致數據不準確或系統故障。當電池可能無(wú)響應、性能低下或處于熱危機中時(shí)，清晰的數據信號至關(guān)重要。

EMI 密封墊片、吸收器、泡沫織物、導電泡沫和熱界面材料（如杜邦 Laird 部門(mén)提供的材料）有助于保護電子設備免受射頻干擾，同時(shí)還可以傳遞熱量并最大限度地減少振動(dòng)（見(jiàn)圖）。這些 EMI 屏蔽解決方案的另一個(gè)好處是能夠用復合材料代替更重、更昂貴的鋼或鋁組件。

先進(jìn)的材料有助于保護電子設備免受 EMI 影響，同時(shí)還可以傳遞熱量并最大限度地減少振動(dòng)。此類(lèi)材料包括 Kapton 金屬化薄膜（用于電池集流體）;Pyralux（用于高壓柔性電路和電纜）;EMI/密封墊片（導電彈性體）;Solderon 高速錫、Silveron 高耐用性銀和 Teleposit 塑料金屬化（用于連接器金屬化解決方案）;Kapton HN（電池、模塊、電池組的電氣絕緣）;Tgard 層壓板和 Kapton 聚酰亞胺（用于母線(xiàn)解決方案）;和多層薄膜（用于低頻磁屏蔽）。

在 BMS 中，空間非常寶貴，有時(shí)由于空間限制和振動(dòng)能量，剛性板可能會(huì )出現問(wèn)題，振動(dòng)能量有時(shí)會(huì )使組件移位，從而導致性能和維護問(wèn)題。由于彎曲和折疊的優(yōu)勢，柔性電路和電纜允許與形狀不規則的區域保持一致。

靈活的電路集成有助于減少連接器的數量。因此，可以降低安裝成本，并且在應用程序開(kāi)發(fā)階段，設計人員能夠更具創(chuàng )造力。杜邦的柔性電路和電纜解決方案致力于實(shí)現工程封裝自由度、小型化電氣完整性、減輕重量和數據吞吐量，同時(shí)提供一致的性能和耐用性。

用于電池熱管理的先進(jìn)材料

電子元件對于電池功能以及連接到通信、安全和導航系統所需的發(fā)電至關(guān)重要。根據具體應用，這些組件必須產(chǎn)生或散發(fā)熱量。為了實(shí)現這一目標，需要薄膜、層壓板、墊子和包裹等先進(jìn)材料。

例如，導熱薄膜可以提高 PTC 加熱器的功率輸出，在啟動(dòng)期間加熱電池，而它們在母線(xiàn)上的應用有助于防止過(guò)熱并提供介電保護。

此外，熱界面材料 （TIM） 的加入使組件能夠有效地散熱。這提高了性能，優(yōu)化了充電和運行期間的電池溫度。溫度控制還提高了安全性，有助于避免潛在的熱失控事件，延長(cháng)電池的使用壽命，同時(shí)降低保修和維護成本。

里程焦慮是消費者采用電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)因素，而合適的電子產(chǎn)品絕緣材料可以幫助解決這個(gè)問(wèn)題。對整個(gè)電池組進(jìn)行溫度控制是增加續航里程和保持電池壽命的最佳方式，因為它們在特定溫度范圍內效果最佳。溫度波動(dòng)（太熱或太冷）會(huì )導致效率、功率輸出和使用壽命下降，所有這些都會(huì )對高效充電和續航里程產(chǎn)生負面影響。

將電路與雙面復合層壓板集成可以解決電池發(fā)熱問(wèn)題，而柔性層壓板、覆蓋層和粘合劑可以維護電池連接系統和傳感器。這些類(lèi)型的材料提供了必要的溫度控制能力，同時(shí)還提供了設計的靈活性，與剛性材料相比，它們減少了空間、重量和成本。

金屬產(chǎn)品解決方案也很重要。金屬部件充當散熱器，從關(guān)鍵作組件中吸走高溫。精密定制金屬產(chǎn)品解決方案提供了無(wú)數的選擇，包括設計靈活性、與其他系統的兼容性、耐用性以及高速生產(chǎn)率中的較低誤差。金屬產(chǎn)品解決方案包括深沖蓋板、組件外殼、支架、中板、EMI 簧片和 SMD 接地觸點(diǎn)。

總之，所有好的解決方案都始于應用程序開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)知識。合作是成功的關(guān)鍵，杜邦已準備好與任何人合作開(kāi)發(fā)電池組。